CN114535394B - 一种管状构件粘弹性颗粒介质内高压成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管状构件粘弹性颗粒介质内高压成形方法，包括S1：对固体颗粒介质和粘结剂进行配比；S2：对管材进行胀形处理；利用本发明方法制备管状构件可以降低所需成形的成形力，提高管材的成形质量，进一步提高管材的成形极限，能够减少成形复杂空心变截面管状构件，其工艺控制简易，投入成本低廉，绿色环保无污染，成形介质易于回收，同时抗干扰能力强，易于密封。

Description

一种管状构件粘弹性颗粒介质内高压成形方法
技术领域
本发明涉及金属管材内高压成形技术领域，尤其涉及一种管状构件粘弹性颗粒介质内高压成形方法。
背景技术
汽车、航空、航天、船舶等产业的快速发展，对异形、局部特征复杂等管状零部件的成形提出了更高的要求。管材内高压成形技术是为了成形以轻量化和一体化为特征的空心变截面管状构件发展而来的先进塑性成形技术，他完美结合了结构轻量化和柔性加工技术，与传统的冲压焊接工艺相比，具有成形精度高、成形表面质量优良的特点。
目前的管材内高压成形是采用气体、液体、粘性材料和固体颗粒作为传力介质，但其存在各自的不足：以气体、液体、粘性介质为传力介质的内高压成形工艺，其具有传力均匀性特性，但在工件厚度的控制上较为困难，必须配备复杂的控制系统，模具结构复杂，当成形压力过高时，对密封要求过高，其采用密封圈强制密封，同时液体和粘性介质回收困难，成形件难清理；以固体颗粒为传力介质的成形工艺，具有非均匀性传力特性，在成形力控制方面有其独特优势，但其存在成形工件质量不高、颗粒间传力损耗，成形后颗粒介质分散溢出，回收困难，当受外界扰动时，容易泄露等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种管状构件粘弹性颗粒介质内高压成形方法，主要采用粘弹性颗粒介质代替液体、气体或粘性介质的作用，通过压力设备直接给粘弹性颗粒介质加载，管坯在介质压力的作用下变形贴模，从而得到成形管状构件。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所提出的一种管状构件粘弹性颗粒介质内高压成形方法，具体包括以下步骤：
S1：对固体颗粒介质和粘结剂进行配比；
(S1.1)选择所需固体颗粒介质；
(S1.2)选择所需粘结剂；
(S1.3)将所选粘结剂和固体颗粒进行混合配比，获得最终成形时所需粘弹性颗粒介质；
S2：对管材进行胀形处理；根据所需管状构件的形状，采用胀形模具对管材进行粘弹性颗粒介质胀形，获得所需最终成形管件。
进一步的，所述固体颗粒介质为金属球或非金属球或形状不规则的金属或形状不规则的非金属，用于承担传递力的作用，以成形所需构件。
进一步的，所述固体颗粒的粒径为0.1～4mm。
进一步的，所述粘结剂为硅胶、膨润土和水混合而成的复合粘结材料或膨润土和蜡混合而成的复合粘结材料或硅胶或膨润土或腊，用于粘结固体颗粒。
进一步的，所述胀形模具包括上模具、下模具、冲头、压盖和底板；所述下模具固定在底板上表面；所述上模具根据设定间隙对应设置在下模具上方；待成形管材同轴设置在上、下模具之间，且底端与底板贴合；所述压盖和冲头分别设置在模具上部并与待成形管材的管端对应。
进一步的，所述步骤S2具体包括：将上、下模具间摆放位置调整一定间隙，将下模具固定到底板上，并将配比后的粘弹性颗粒介质填装至管材和底板之间的空腔内，将压盖和冲头向下闭合，根据所加工的管状构件的材料、形状、壁厚参数，设定加载路线，冲头和压盖分别按照设定的路线加载，加载方式可以按照位移或者压力设定和控制，模具间间隙闭合，同时管坯发生变形，即得到设计的管状构件。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明方法的工艺控制简便，投入成本低廉，产品设计灵活，可以为大口径、薄壁金属异形截面和具有小的局部特征的管状构件成形提供高效、精确、便捷的新技术手段。
2、粘结剂与颗粒介质的混合：其中粘结剂提高成形介质的流动性，固体颗粒介质非均匀传力特性，且传力效率高于固体颗粒介质，并通过调节粘结剂和颗粒配比以及调整颗粒形状级配，可以达到控制粘弹性颗粒介质传力特性的目的，尤其是不规则形状的固体颗粒的加入，可以提高成形介质的摩擦特性，在契合与管材有益摩擦的情况下，从而改善管材成形极限和壁厚均匀性，在轻量化、一体化制造领域具有广阔的应用价值和发展前景。
附图说明
图1是本发明管材粘弹性颗粒介质成形及模具初始状态剖切图；
图2是本发明管材粘弹性颗粒介质成形及模具最终状态剖切图。
其中，附图标记：1-冲头；2-压盖；3-上模具；4-管材；5-下模具；6-底板；7-固体颗粒介质；8-粘结剂。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
本发明所提出的一种管状构件粘弹性颗粒介质内高压成形方法，如附图1和2所示，具体包括以下步骤：
S1：对固体颗粒介质和粘结剂进行配比；具体过程如下：
(S1.1)选择所需固体颗粒介质；所述固体颗粒介质为金属球或非金属球或形状不规则的金属或形状不规则的非金属，固体颗粒的粒径为0.1～4mm，用于承担传递力的作用，以成形所需构件；具体的，本实施例选用中位直径1mm的由二氧化硅、碳酸钙和碳化硅等组成的非金属颗粒，其作为粘弹性颗粒介质的固体颗粒部分；
(S1.2)选择所需粘结剂；所述粘结剂为硅胶、膨润土和水混合而成的复合粘结材料或膨润土和蜡混合而成的复合粘结材料或硅胶或膨润土或腊，其作为粘弹性颗粒介质中粘结部分，用于粘结固体颗粒；
(S1.3)将所选粘结剂和固体颗粒进行混合配比；根据成形内压、成形件材料及几何尺寸不同其配比也不同，具体配比原则为：以固体颗粒介质传力主体，粘结剂的作用仅为保证固体颗粒介质表面有一定弱粘性，承受高压后粘性介质不会以液态形式溢出即可，最终获得最终成形时所需粘弹性颗粒介质；
S2：对管材进行胀形处理；具体过程如下：
根据所需管状构件的形状，采用胀形模具对管材进行粘弹性颗粒介质胀形处理，从而获得所需最终成形管件。
所述胀形模具可采用上、下半模模具，左、右半模模具以及分模模具等对应管材形状的模具方式；所述胀形方式可以是单一冲头单向压缩胀形，可以是双冲头双向压缩胀形。
本实施例中，所述胀形模具采用上、下半模的模具方式，具体包括冲头1、压盖2、上模具3、下模具5和底板6；所述上模具3和下模具5上下对应设置，并根据成形件形状保持间隙，所述下模具5固定于底板6上，模具内腔根据成形件形状确定；将管材4装入上模具3、下模具5和底板6组成的型腔中，将根据成形件成形条件由固体颗粒介质7和粘结剂8调配的粘弹性颗粒介质装入管材4中，其添加量约等于成形件容积；将所述冲头1同轴穿过压盖2，根据成形件尺寸，调整压盖2与上模具3之间的间隙，并对压盖2施加轴向压力F，使其压紧管材4的管端，冲头1由上端进入管材4，从上方对管材4内的粘弹性颗粒介质施加压力P，使得粘弹性颗粒介质产生胀形压力。根据所加工成形件的材料、形状、壁厚等参数，设定冲头1的压力P和压盖2的轴向压力F。所述管材4在粘弹性颗粒介质胀形压力P和轴向压力F联合作用下，产生塑性变形，压盖2与上模具3合模，然后压盖2挤压上模具3，使得上模具3与下模具5合模，最终得到所需要的成形质量合格的成形件。
本发明所提出的方法将冲头1提供的压力传递到粘弹性颗粒介质，经过粘弹性颗粒介质将不均匀传力传递到成形管材4上，使得管材4不断产生塑性变形，最终得到目标成形件。其相比于传统工艺，提高了材料的成形极限；成形介质易于回收，提高工作效率。
本发明未尽事宜为公知技术。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种管状构件粘弹性颗粒介质内高压成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对固体颗粒介质和粘结剂进行配比；
(S1.1) 选择所需固体颗粒介质；
(S1.2) 选择所需粘结剂；
(S1.3) 将所选粘结剂和固体颗粒进行混合配比，获得最终成形时所需粘弹性颗粒介质；
S2：对管材进行胀形处理；根据所需管状构件的形状，采用胀形模具对管材进行粘弹性颗粒介质胀形，获得所需最终成形管件；
所述固体颗粒介质为金属球或非金属球或形状不规则的金属或形状不规则的非金属，用于承担传递力的作用，以成形所需构件；
所述粘结剂为硅胶、膨润土和水混合而成的复合粘结材料或膨润土和蜡混合而成的复合粘结材料或硅胶或膨润土或腊，用于粘结固体颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种管状构件粘弹性颗粒介质内高压成形方法，其特征在于：所述固体颗粒的粒径为0.1~4mm。
3.根据权利要求1所述的一种管状构件粘弹性颗粒介质内高压成形方法，其特征在于：所述胀形模具包括上模具、下模具、冲头、压盖和底板；所述下模具固定在底板上表面；所述上模具根据设定间隙对应设置在下模具上方；待成形管材同轴设置在上、下模具之间，且底端与底板贴合；所述压盖和冲头分别设置在模具上部并与待成形管材的管端对应。
4.根据权利要求3所述的一种管状构件粘弹性颗粒介质内高压成形方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：将上、下模具间摆放位置调整一定间隙，将下模具固定到底板上，并将配比后的粘弹性颗粒介质填装至管材和底板之间的空腔内，将压盖和冲头向下闭合，根据所加工的管状构件的材料、形状、壁厚参数，设定加载路线，冲头和压盖分别按照设定的路线加载，加载方式可以按照位移或者压力设定和控制，模具间间隙闭合，同时管坯发生变形，即得到设计的管状构件。
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